20 世纪初，腹腔镜作为一种诊断工具被引入临床，腹腔镜的技术随着医疗技术的不断进步也越来越先进，尤其是三维腹腔镜的技术，已经得到临床的认可和广泛应用。医用三维腹腔镜是一种精密的诊断仪器，用于观察人体内的组织和结构，这些组织和结构无法用人眼直接观察，有些需要外科医师实施手术才能观察到。而三维腹腔镜可以在不开刀的情况下对病情进行诊断和治疗，在一定程度上减轻了对患者的创伤 ^[1-2]。薄膜光学所研制的减反射膜通过在膜中产生相消干涉，使反射光减弱，透射光增加，确保成像清晰不失真。目前制造光学薄膜有两种方法，分别是物理气相沉积和化学气相沉积。现代光学技术的发展与成长离不开薄膜光学，三维腹腔镜技术的发展同样离不开薄膜光学技术。

1  薄膜光学基本理论

薄膜光学基本理论包括电磁波理论、薄膜相关干涉原理、单层薄膜的特性矩阵和导纳、多层薄膜的特性矩阵和导纳以及光学薄膜的特性矩阵。光学薄膜特性研究的关键就是电磁波研究，而电磁波的基本理论就是平面电磁波的传播，传播的媒介就在分层介质中，而麦克斯韦方程有助于薄膜光学基本理论的透彻研究 ^[3]。

2  三维腹腔镜增透膜材料的选择

不同的光学元件对光学薄膜的要求是不同的，所以要根据要求的不同选择不同的膜层材料。SOMETECH 公司选用的光学薄膜材料是能够在真空中蒸发并沉积于基片上形成薄膜的化学物质。光学薄膜介质材料有氟化物、硫化物以及氧化物等，多数氟化物的熔点比较低，可以直接加热蒸发，且氟化物的折射率比较低，具有高度透明性；氧化 物薄膜的硬度、附着力以及化学稳定性均较好，折射率介于氟化物和硫化物之间，因此，氧化物薄膜在远紫外区、可见区到远红外区的应用中是最重要的薄膜材料 ^[4]。硫化物薄膜一般具有比较高的折射率，应用较少。

3  三维腹腔镜的膜系设计

光的干涉原理是光学薄膜设计的理论基础，光学薄膜设计中各个量之间的关系比较复杂，只有在情况简单的时候才可以产生直观的数据表达式，而在大多数情况下比较难。三维腹腔镜膜系设计包括膜系设计的基本理论、膜系设计的优化原理以及膜系的确定等。膜系设计的基本原理需要根据被镀零件的工作广谱波段、技术要求、使用条件以及工艺条件来选择膜料，遵循能量守恒定律，膜系结构的确定需要结合光学系统的情况，并满足光学特定要求 ^[5]。膜系设计的优化原理是指通过对比反射率之间的偏差并选择结构不同的参数，这个偏差要求的是膜层与理想状态的反射率之差，使这种偏差优化到极小，构造评价函数，用评价函数作为设计的膜系是否满足要求的评价指标。魏孜洵等 ^[6]的研究结果显示，膜系在设计时应首先考虑周期膜系，通常对 K9 玻璃而言 400~700 常用膜系为 Sub￤ L1 M2HL2 ￤ A 膜系，其中 Sub 代表基底，A 代表空气，L1 代表材料 SiO₂，M 代表材料 Al₂O₃，H 代表 ZrO₂，L2 代表 MgF₂，理论广谱曲线见图 1。设计原理根据双有效界面法，用膜系软件进行设计，考虑制备控制等误差，经过多次优化得到膜系 Sub￤ 0.26H0.32L10.88H0.15L10.64H0.67L10.31L2￤ A，其中 H 代表高折射率材料 H4，L1 代表低折射率材料 MgF₂，L2 代表材料 SiO₂，其 400~700 广谱曲线见图 2。

图 1　周期膜系理论光谱曲线

图 2　设计光谱曲线

4  三维腹腔镜的膜系制备

三维腹腔镜的膜系制备首先是薄膜设备，现代光学薄膜一般都在真空的条件下制备，真空是镀膜的必要条件，现在的真空镀膜技术需要控制十几个参数，且真空蒸发必 须在真空条件下，通过电热效应使膜料溶解、蒸发、沉积 在基底上。在薄膜制备技术发展过程中，离子束辅助沉积技术逐渐发展并日趋成熟和完善，离子源辅助沉积技术是生产高质量薄膜的重要手段之一，可通过离子源引出的离 子不断轰击材料蒸发粒子，动能发生转移，使沉积的粒子获得较大动能，提高沉积粒子的迁移率，改善制备的薄膜 的致密性、牢固性以及稳定性。在三维腹腔镜膜系制备的过程中须注意工艺因素和膜层监控的影响。

5  实验数据与测试结果分析

透射率与反射率是光学薄膜元件最基本的光学特性，需要对薄膜的透射率和发射率进行测试，采用分光光度计法进行测试，根据魏孜洵等^[6]的研究，针对H4，MgF₂以及SiO₂材料的测试数据见表1，400~700反射率曲线见图3。通过 H4 和 MgF2高低折射率材料的匹配，调整镀膜工艺参数，改进监控方法，减少镀膜厚度误差，可消除透射区的反射峰，实现衬底颜色的平衡，同时利用离子源解决了材料沉积在基底上的膜层牢固性和致密性等问题，满足了医用三维腹腔镜的光学要求和使用要求。

表 1 H4，MgF₂ 以及 SiO₂ 材料的工艺数据

图 3　400~700 反射率曲线

［参考文献］
［1］蒋昌松，姬军，黄增跃，等 . 医用硬性内窥镜光学性能质控检测技术研究 [J]. 中国测试，2013，39（2）：24-26.
［2］姬军，蒋昌松，王云龙，等 . 医用硬性内窥镜光学性能检测系统的设计与研究 [J]. 中国医学装备，2013，10（11）：11-13.
［3］姬军，蒋昌松，侯纯伟 . 便携式医用内窥镜光学性能定性质量控制检测装置的设计 [J]. 中国医学装备，2013，10（10）：11-13.
［4］姬军，蒋昌松，王丹，等 . 无创呼吸机质量控制检测平究 [J]. 中国医学装备，2012，9（6）：11-13.
［5］颜青来，贾晓航，马骏，等 . 医用硬性内窥镜光能传递效率的评价方法 [J]. 中国计量学院学报，2008，19（3）：256-259.
［6］魏孜洵，付秀华，石澎，等 . 三维腹腔镜端面宽带增透膜的研 制 [J]. 中国光学，2011，4（2）：196-200.